1、上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)西安交大模電課件第1章半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)平面結(jié)構(gòu)平面結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)立體結(jié)構(gòu)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi1. 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體就是本征半導(dǎo)體就是完全純凈的完全純凈的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi共價(jià)鍵共價(jià)鍵價(jià)電子價(jià)電子上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi

2、SiSiSiSiSiSiSi本本征征激激發(fā)發(fā)產(chǎn)產(chǎn)生生電電子子和和空空穴穴自由電子自由電子空穴空穴上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi電子、空穴電子、空穴成對(duì)產(chǎn)生成對(duì)產(chǎn)生上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi電子、空穴電子、空穴成對(duì)產(chǎn)生成對(duì)產(chǎn)生電子、空穴電子、空穴成對(duì)復(fù)合成對(duì)復(fù)合上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電子和空穴的

3、產(chǎn)生過程動(dòng)畫演示電子和空穴的產(chǎn)生過程動(dòng)畫演示上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 本征激發(fā)使本征激發(fā)使空穴空穴和和自由電子自由電子成對(duì)產(chǎn)生。成對(duì)產(chǎn)生。相遇相遇復(fù)合復(fù)合時(shí)，又時(shí)，又成對(duì)成對(duì)消失。消失。 小結(jié)：小結(jié)：空穴濃度（空穴濃度（np)=電子濃度電子濃度(nn)溫度溫度T一定時(shí)一定時(shí)np nn=K(T)K(T)與溫度有關(guān)的常數(shù)與溫度有關(guān)的常數(shù)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi在在外外電電場(chǎng)場(chǎng)作作用用下下U上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSi

4、SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiU電電子子運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)形形成成電電子子電電流流上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiU上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiU上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiU上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi

5、SiSiSiU價(jià)電子填補(bǔ)價(jià)電子填補(bǔ)空穴而使空空穴而使空穴移動(dòng)，形穴移動(dòng)，形成成空穴電流空穴電流上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1) 在半導(dǎo)體中有兩種在半導(dǎo)體中有兩種載流子載流子這就是這就是半導(dǎo)體和金屬導(dǎo)電半導(dǎo)體和金屬導(dǎo)電原理的原理的 本質(zhì)區(qū)別本質(zhì)區(qū)別。a. 電阻率大。電阻率大。2) 本征半導(dǎo)體的特點(diǎn)：本征半導(dǎo)體的特點(diǎn)：b. 導(dǎo)電性能隨溫度變化大。導(dǎo)電性能隨溫度變化大。小結(jié)：小結(jié)：帶正電的帶正電的空穴空穴帶負(fù)電的帶負(fù)電的自由電子自由電子本征半導(dǎo)體不能在半導(dǎo)體器件中直接使用本征半導(dǎo)體不能在半導(dǎo)體器件中直接使用上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2摻雜半導(dǎo)

6、體摻雜半導(dǎo)體 在在本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體硅或鍺中硅或鍺中摻入微量摻入微量的其它適當(dāng)?shù)钠渌m當(dāng)元素元素后后所形成的半導(dǎo)體。所形成的半導(dǎo)體。根據(jù)摻雜的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為根據(jù)摻雜的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N型導(dǎo)型導(dǎo)體體P型導(dǎo)型導(dǎo)體體（1）N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷、砷）的雜質(zhì)半導(dǎo)體。摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷、砷）的雜質(zhì)半導(dǎo)體。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSi摻入少量五價(jià)雜質(zhì)元素磷摻入少量五價(jià)雜質(zhì)元素磷P P上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiS

7、iSiSiSiSiSiSiSiSiSiP P多出多出一個(gè)一個(gè)電子電子出出現(xiàn)現(xiàn)了了一一個(gè)個(gè)正正離離子子上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的自由電子和正離子半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的自由電子和正離子上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)N型半導(dǎo)體的形成過程型半導(dǎo)體的形成過程上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)c. 電子是多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子電子是多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子; ;空穴是少數(shù)載

8、流空穴是少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱少子。子，簡(jiǎn)稱少子。e. 因電子帶負(fù)電，稱這種半導(dǎo)體為因電子帶負(fù)電，稱這種半導(dǎo)體為N(negative)型或型或電子型半導(dǎo)體。電子型半導(dǎo)體。f. f. 摻入的雜質(zhì)能給出電子，稱為摻入的雜質(zhì)能給出電子，稱為施主施主雜質(zhì)。雜質(zhì)。a. N型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量五價(jià)雜質(zhì)元摻入少量五價(jià)雜質(zhì)元素形成的。素形成的。b. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體產(chǎn)生了大量的產(chǎn)生了大量的( (自由）電子和正離子自由）電子和正離子。小結(jié)：小結(jié)：d. np nn=K(T)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入在本征半

9、導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼等如硼等: :SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiB B上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiB B上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiB BSiSiSiSi出出現(xiàn)現(xiàn)了了一一個(gè)個(gè)空空位位上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiB BSiSiSiSi出出現(xiàn)現(xiàn)了了一一個(gè)個(gè)空空穴穴出出現(xiàn)現(xiàn)了了一一個(gè)個(gè)負(fù)負(fù)離

10、離子。子。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的空穴和負(fù)離子半導(dǎo)體中產(chǎn)生了大量的空穴和負(fù)離子上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)P型半導(dǎo)體的形成過程型半導(dǎo)體的形成過程上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)c. 空穴是多數(shù)載流子空穴是多數(shù)載流子, ,電子是少數(shù)載流子。電子是少數(shù)載流子。e. 因空穴帶正電，稱這種半導(dǎo)體為因空穴帶正電，稱這種半導(dǎo)體為p(positive)型或型或空

11、穴型半導(dǎo)體。空穴型半導(dǎo)體。f. 摻入的雜質(zhì)能接受電子，稱為摻入的雜質(zhì)能接受電子，稱為受主受主雜質(zhì)。雜質(zhì)。a. P型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體中摻入少量的三價(jià)摻入少量的三價(jià)雜質(zhì)元素形成的。雜質(zhì)元素形成的。b. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體產(chǎn)生大量的空穴和負(fù)離子產(chǎn)生大量的空穴和負(fù)離子。小結(jié)：小結(jié)：d. np nn=K(T)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)摻入三價(jià)元素的密度大于五價(jià)元素的密度時(shí)，可當(dāng)摻入三價(jià)元素的密度大于五價(jià)元素的密度時(shí)，可將將N型轉(zhuǎn)型為型轉(zhuǎn)型為P型；型；雜質(zhì)半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)型：雜質(zhì)半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)型：當(dāng)摻入五價(jià)元素的密度大于三價(jià)元素的密度時(shí)，可當(dāng)摻入五價(jià)元素的

12、密度大于三價(jià)元素的密度時(shí)，可將將P型轉(zhuǎn)型為型轉(zhuǎn)型為N N型型N P摻入三價(jià)元素?fù)饺肴齼r(jià)元素?fù)饺胛鍍r(jià)元素?fù)饺胛鍍r(jià)元素上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)小小 結(jié)結(jié)小小 結(jié)結(jié)多子多子電子電子少子少子空穴空穴P P型型電子密度電子密度 空穴密度空穴密度 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

13、 + + + + +以以N型半導(dǎo)體為基片型半導(dǎo)體為基片通過半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝通過半導(dǎo)體擴(kuò)散工藝3. PN結(jié)的形成結(jié)的形成上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)使半導(dǎo)體的一邊形成使半導(dǎo)體的一邊形成N型區(qū)，另一邊形成型區(qū)，另一邊形成P型區(qū)型區(qū)N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技

14、術(shù)基礎(chǔ)（1 1）在濃度差的作用下，電子從）在濃度差的作用下，電子從 N區(qū)區(qū)P向區(qū)擴(kuò)散向區(qū)擴(kuò)散N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)在濃度差的作用下，空穴從在濃度差的作用下，空穴從 P區(qū)向區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

15、 + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)在濃度差的作用下，兩邊多子互相擴(kuò)散。在在濃度差的作用下，兩邊多子互相擴(kuò)散。在P P區(qū)和區(qū)和N N區(qū)區(qū)交界面上，留下了一層不能移動(dòng)的正、負(fù)離子交界面上，留下了一層不能移動(dòng)的正、負(fù)離子小結(jié)：小結(jié)：N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

16、+ + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)PN結(jié)結(jié)空間電荷層空間電荷層N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基

17、礎(chǔ)形成內(nèi)電場(chǎng)形成內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)方內(nèi)電場(chǎng)方向向N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)PN結(jié)結(jié)一方面阻礙多子的擴(kuò)散一方面阻礙多子的擴(kuò)散N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- -

18、-P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)另一方面另一方面加速少子的漂移加速少子的漂移N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)勢(shì)壘

19、勢(shì)壘U0形成電位勢(shì)壘形成電位勢(shì)壘N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)擴(kuò)散與漂移作用平衡時(shí)當(dāng)擴(kuò)散與漂移作用平衡時(shí)a. 流過流過PN結(jié)的凈電流為零。結(jié)的凈電流為零。b. PN結(jié)的厚度一定（約幾個(gè)微米）。結(jié)的厚度一定（約幾個(gè)微米）。c. 接觸電勢(shì)一定（約零點(diǎn)幾伏）。接觸電勢(shì)一定（約零點(diǎn)

20、幾伏）。N+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - -P- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)PN結(jié)形成過程動(dòng)畫演示結(jié)形成過程動(dòng)畫演示上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)當(dāng)N區(qū)和區(qū)和P區(qū)的摻雜濃度不等時(shí)：區(qū)的摻雜濃度不等時(shí)：離子密離子密度大度大空間電荷空間電荷區(qū)的寬度區(qū)的寬度較窄較窄離子密離子密度小度小空間電

21、荷空間電荷區(qū)的寬度區(qū)的寬度較寬較寬高摻雜濃度區(qū)高摻雜濃度區(qū)域用域用N+表示表示+_PN+上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.1.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)

22、后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +內(nèi)電場(chǎng)被削弱內(nèi)電場(chǎng)被削弱PN結(jié)變窄結(jié)變窄PN結(jié)呈現(xiàn)低阻、導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)呈現(xiàn)低阻、導(dǎo)通狀態(tài)多子進(jìn)行擴(kuò)散多子進(jìn)行擴(kuò)散上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)PN結(jié)正偏動(dòng)畫演示結(jié)正偏動(dòng)畫演示上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)

23、基礎(chǔ)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)PN結(jié)變寬結(jié)變寬PN結(jié)呈現(xiàn)高阻、截止?fàn)顟B(tài)結(jié)呈現(xiàn)高阻、截止?fàn)顟B(tài)不利多子擴(kuò)散不利多子擴(kuò)散有利少子漂移有利少子漂移- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +2PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)此電流稱為此電流稱為反向飽和電流，記為反向飽和電流，記為IS。因少子濃度

24、主要與溫度有關(guān)，反向因少子濃度主要與溫度有關(guān)，反向電流與反向電壓幾電流與反向電壓幾乎無關(guān)。乎無關(guān)。- - - - - - -PN+ + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +RSE內(nèi)內(nèi)+ + + + + + +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)PN結(jié)反偏動(dòng)畫演示結(jié)反偏動(dòng)畫演示上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)總總 結(jié)結(jié) 勢(shì)勢(shì) 壘壘 PN結(jié)結(jié) 多子擴(kuò)散多子

25、擴(kuò)散 少子漂移少子漂移 狀狀 態(tài)態(tài)正正 偏偏 降低降低 薄薄 利利 不利不利 低阻低阻反反 偏偏 增高增高 厚厚 不利不利 利利 高阻高阻上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.1.3 PN結(jié)的電壓與電流關(guān)系結(jié)的電壓與電流關(guān)系)1(s TUueIi+_PN_ui上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)ISPN結(jié)反向飽和電流結(jié)反向飽和電流UT 熱電壓熱電壓)1(s TUueIi式中式中UT=KT qq電子電量電子電量T絕對(duì)溫度絕對(duì)溫度mV26 TU在室溫（在室溫（T=300K) )時(shí)，時(shí)，K玻耳茲曼常數(shù)玻耳茲曼常數(shù)其中其中上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基

26、礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（1）當(dāng)）當(dāng)u=0時(shí)，時(shí)， i = 0（3） 當(dāng)當(dāng)uUT時(shí)，時(shí)， i -IS討論討論：)1(s TUueIi（2）當(dāng)）當(dāng)u0，且，且uUT 時(shí)，時(shí)， TUueIis 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)思思 考考 題題1. 半導(dǎo)體中的載流子濃度主要與那些因素有關(guān)？半導(dǎo)體中的載流子濃度主要與那些因素有關(guān)？2. 溫度升高，半導(dǎo)體的導(dǎo)電率如何變化？溫度升高，半導(dǎo)體的導(dǎo)電率如何變化？3. 擴(kuò)散電流與漂移電流的區(qū)別是什么？擴(kuò)散電流與漂移電流的區(qū)別是什么？上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.1 半導(dǎo)體二極管的

27、結(jié)構(gòu)和類型半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型 二二極極管管就就是是一一個(gè)個(gè)封封裝裝的的PN結(jié)結(jié)平面型平面型點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型引線引線觸絲觸絲外殼外殼N N型鍺片型鍺片N N型硅型硅陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線PNPN結(jié)結(jié)陰極引線陰極引線金銻合金金銻合金底座底座鋁合金小球鋁合金小球上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)半導(dǎo)體二極管的外型和符號(hào)半導(dǎo)體二極管的外型和符號(hào)負(fù)極負(fù)極外型外型正極正極正極正極負(fù)極負(fù)極符號(hào)符號(hào)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退

28、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)半導(dǎo)體二極管的類型半導(dǎo)體二極管的類型（1）按使用的半導(dǎo)體材料不同分為）按使用的半導(dǎo)體材料不同分為（2）按結(jié)構(gòu)形式不同分）按結(jié)構(gòu)形式不同分硅管硅管鍺管鍺管點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型平面型平面型上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.2 半導(dǎo)體二極管的伏安特性半導(dǎo)體二極管的伏安特性 硅管硅管00. 8反向特性反向特性正向特性正向特性擊擊穿穿特特性性mA/DiV/Du00. 8反向特性反向特性鍺管鍺管正向特性正向特性mA/DiV/DuuDiD)(DDufi 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 非線性非線性 整個(gè)正向特性曲整個(gè)正

29、向特性曲線近似地呈現(xiàn)為指數(shù)形式。線近似地呈現(xiàn)為指數(shù)形式。TSDUDueIi (2) 有死區(qū)有死區(qū)（iD0的區(qū)域）的區(qū)域）1正向特性正向特性死區(qū)電壓約為死區(qū)電壓約為硅管硅管0.5V鍺管鍺管0.1VOiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(3) 有壓降有壓降 導(dǎo)通后（即導(dǎo)通后（即uD大于死區(qū)電壓后）大于死區(qū)電壓后）TDTSDD1TDUiUeIdudiUu 管壓降管壓降uD 約為約為硅管硅管0.60 .8V鍺管鍺管0.20.3V取管壓降取管壓降uD 硅管硅管0.7V鍺管鍺管0.2VOiD正向特性正向特

30、性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D即即 uD升高升高， iD急劇急劇增大增大上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2反向特性反向特性 (BR)DUu （1）當(dāng)當(dāng)SDIi 時(shí)時(shí)，IS硅管硅管0.1 A鍺管幾十到幾百鍺管幾十到幾百 AOiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 當(dāng)當(dāng)(BR)DUu 時(shí)時(shí)反向電流急劇增大反向電流急劇增大擊穿的類型：擊穿的類型：根據(jù)擊穿可逆性分為根據(jù)擊穿可逆性分為電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿二極管發(fā)生反向擊穿二極管發(fā)生反向擊

31、穿OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)c. 降低反向電壓，二極管仍能正常工作。降低反向電壓，二極管仍能正常工作。PN結(jié)被燒壞，造成二極管的永久性損壞。結(jié)被燒壞，造成二極管的永久性損壞。二極管發(fā)生反向擊穿后，如果二極管發(fā)生反向擊穿后，如果a. 功耗功耗PD( = |UDID| )不大。不大。b. PN結(jié)的溫度小于允許的最高結(jié)溫結(jié)的溫度小于允許的最高結(jié)溫硅管硅管150200oC鍺管鍺管75100oC熱擊穿：熱擊穿：電擊穿：電擊穿：上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)a. 齊納

32、擊穿齊納擊穿 (3) 產(chǎn)生擊穿的機(jī)理：產(chǎn)生擊穿的機(jī)理：半導(dǎo)體的摻雜濃度高半導(dǎo)體的摻雜濃度高擊穿電壓低于擊穿電壓低于4V擊穿電壓具有負(fù)的溫度系數(shù)擊穿電壓具有負(fù)的溫度系數(shù)空間電荷區(qū)中就有較強(qiáng)的電場(chǎng)空間電荷區(qū)中就有較強(qiáng)的電場(chǎng)電場(chǎng)將電場(chǎng)將PN結(jié)的價(jià)電子從共價(jià)鍵中激發(fā)出來。結(jié)的價(jià)電子從共價(jià)鍵中激發(fā)出來。擊穿的機(jī)理：擊穿的機(jī)理：條件條件擊穿的特點(diǎn)擊穿的特點(diǎn)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)半導(dǎo)體的摻雜濃度低半導(dǎo)體的摻雜濃度低擊穿電壓高于擊穿電壓高于6V擊穿電壓具有正的溫度系數(shù)擊穿電壓具有正的溫度系數(shù)空間電荷區(qū)中就有較強(qiáng)的電場(chǎng)空間電荷區(qū)中就有較強(qiáng)的電場(chǎng)電場(chǎng)使電場(chǎng)使PN結(jié)中的少子結(jié)中的少

33、子“碰撞電離碰撞電離”共價(jià)鍵中的價(jià)電共價(jià)鍵中的價(jià)電子子擊穿的機(jī)理：擊穿的機(jī)理：條件條件擊穿的的特點(diǎn)擊穿的的特點(diǎn) (b) 雪崩擊穿雪崩擊穿上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)總總 結(jié)結(jié) 摻雜摻雜 PN 擊穿擊穿 溫度溫度 形成形成 濃度濃度 結(jié)結(jié) 電壓電壓 系數(shù)系數(shù) 原因原因齊齊 高高 薄薄 6V 正正 少子加速少子加速崩崩 碰撞電離碰撞電離上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.3 溫度對(duì)半導(dǎo)體二極管特性的影響溫度對(duì)半導(dǎo)體二極管特性的影響1. 當(dāng)溫度上升時(shí)，死區(qū)電壓縮小，正向管壓降降低。當(dāng)溫度上升時(shí)，死區(qū)電壓縮小，正向管壓降降低。uD/ T = （2

34、2.5）mV/。2. 溫度升高溫度升高，反向飽和電流增大。反向飽和電流增大。)(2)(0S10S0TITITT 即即 溫度每升高溫度每升高1C，管壓降降低，管壓降降低（22.5）mV即即 平均溫度每升高平均溫度每升高10C，反向飽和電流增大一倍，反向飽和電流增大一倍上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.4 半導(dǎo)體二極管的主要電參數(shù)半導(dǎo)體二極管的主要電參數(shù)1. 額定電流額定電流IF2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓U(BR)管子長(zhǎng)期運(yùn)行所允許通管子長(zhǎng)期運(yùn)行所允許通過的電流平均值。過的電流平均值。 二極管能承受的最高反二極管能承受的最高反向電壓。向電壓。OiD正向特性正向特性

35、擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4. 反向電流反向電流IR3. 最高允許反向工作電壓最高允許反向工作電壓UR為了確保管子安全工作，所為了確保管子安全工作，所允許的最高反向電壓。允許的最高反向電壓。室溫下加上規(guī)定的反向電室溫下加上規(guī)定的反向電壓測(cè)得的電流。壓測(cè)得的電流。 OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)DUR=（1/22/3）U(BR)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5. 正向電壓降正向電壓降UF6. 最高工作頻率最高工作頻率fM指通過一

36、定的直流測(cè)試電流指通過一定的直流測(cè)試電流時(shí)的管壓降。時(shí)的管壓降。 當(dāng)工作頻率過高時(shí)，其當(dāng)工作頻率過高時(shí)，其單向?qū)щ娦悦黠@變差。單向?qū)щ娦悦黠@變差。 OiD正向特性正向特性擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)反向特性反向特性u(píng)D上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二極管的幾種常用的模型二極管的幾種常用的模型2） 電路符號(hào)電路符號(hào)1） 伏安特性伏安特性1. 理想二極管理想二極管+ +uDiDuDiDo理想特性理想特性實(shí)際特性實(shí)際特性上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2) 電路模型電路模型1） 伏安特性伏安特性2. 恒壓模型恒壓模型uDiDouF+ +

37、uDiDuF上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2) 電路模型電路模型1） 伏安特性伏安特性3. 折線模型折線模型uDiDouthrD+ +uDiDuthrD上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2) 電路模型電路模型1） 伏安特性伏安特性4. 小信號(hào)動(dòng)態(tài)模型小信號(hào)動(dòng)態(tài)模型+ +udidrduDiDoUDrdIDQDDDDDDdIiUuiur 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.3 半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用1.3.1 在整流電路中的應(yīng)用在整流電路中的應(yīng)用整流整流：將交流電變成直流電的過程。：將交流電變成

38、直流電的過程。整流電路整流電路：完成整流功能的電路。：完成整流功能的電路。常見的整流電路有常見的整流電路有半波整流電路半波整流電路全波整流電路全波整流電路橋式整流電路橋式整流電路上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)設(shè)tUu sin222 橋式整流電路橋式整流電路+_uOTRu2+_u1ab+_RLD1D2D4D3上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1. 工作原理工作原理a. 當(dāng)當(dāng)u20時(shí)時(shí)輸出輸出波形波形電流流動(dòng)方向電流流動(dòng)方向D1D2D4D3+_uOTRu2+_u1ab+_RL上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)b. 當(dāng)當(dāng)u2 6

39、V管子出現(xiàn)雪崩擊穿，管子出現(xiàn)雪崩擊穿，U為正；為正；UZ 03U=0U0)LL PN+上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)PN結(jié)變寬結(jié)變寬空間電荷層中空間電荷層中的電荷量增大的電荷量增大b. 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)正向偏置電壓降低時(shí)結(jié)正向偏置電壓降低時(shí)PN結(jié)的偏置電壓能使空間電荷層中電荷量發(fā)生變化。結(jié)的偏置電壓能使空間電荷層中電荷量發(fā)生變化。這種電容效應(yīng)用勢(shì)壘電容這種電容效應(yīng)用勢(shì)壘電容CB表征。表征。U- U ( U0)LL PN+上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)小結(jié)：小結(jié)：PN結(jié)的結(jié)電容結(jié)的結(jié)電容Cj當(dāng)當(dāng)PN結(jié)正偏時(shí)：結(jié)正偏時(shí)：DjCC BDCC Cj = C

40、D + CB 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)反偏時(shí)結(jié)反偏時(shí)：BjCC DBCC 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)變?nèi)荻O管的特點(diǎn)：變?nèi)荻O管的特點(diǎn)：b. 電容量與所加的反向偏置電壓的大小有關(guān)。電容量與所加的反向偏置電壓的大小有關(guān)。a. 當(dāng)二極管反向偏置時(shí)，因反向電阻為很大，當(dāng)二極管反向偏置時(shí)，因反向電阻為很大， 可作電容使用?？勺麟娙菔褂谩Ｉ享?yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)變?nèi)荻O管的符號(hào)及變?nèi)荻O管的符號(hào)及C-U特性曲線特性曲線符號(hào)符號(hào)202406080100046810 12/VDu/pFCuDCC-U特性曲線特性曲線上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電

41、子技術(shù)基礎(chǔ)2. 變?nèi)荻O管及其應(yīng)用示例變?nèi)荻O管及其應(yīng)用示例諧振頻率：諧振頻率：LCf 21 jj11CCCCC 式中式中高高頻頻放放大大器器LC1DCR+V+UDu1上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)由于由于j1CC jj1j1CCCCCC j21LCf 故諧振頻率故諧振頻率高高頻頻放放大大器器LC1DCR+V+UDu1上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)其它特種二極管：其它特種二極管： 發(fā)光二極管發(fā)光二極管上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)其它特種二極管：其它特種二極管：光敏二極管光敏二極管上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)思思 考考 題題1. 穩(wěn)壓管可以穩(wěn)壓的條件是什么？穩(wěn)壓管可以穩(wěn)壓的條件是什么？2. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)是什么？穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)是什么？3. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中限流電阻的大小對(duì)電路的性能穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中限流電阻的大小對(duì)電路的性能有何影響么？有何影響么？DZIZRLUOUIRIIO+_+_上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例例1 設(shè)圖示電路中的二極管性能均為理想。試判斷各電路中的設(shè)圖示電路